DETECTORES DE RADIAÇÃO

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DETECTORES DE RADIAÇÃO
Professora: Poliane Angelo
O que é um detector de radiação?
É um dispositivo que, colocado em um meio onde exista um campo de radiação, seja capaz de indicar sua presença;
Existem vários processos que a radiação pode interagir com o meio, os mais utilizados são os que envolvem a geração de cargas elétricas, a geração de luz, a sensibilidade de películas fotográficas e outros.
Propriedades de um Detector
O detector tem que apresentar algumas características como:
Repetitividade
Reprodutibilidade;
Estabilidade
Exatidão
Precisão
Sensibilidade
Eficiência
Fatores que definem a escolha de detectores
- Tipo de Radiação: a escolha do detector vai depender do tipo de radiação a se deseja medir.
- Intervalo de tempo de interesse: existem os detectores de leitura direta, como os detectores a gás; E existem os detectores passivos, como os dosímetros.
- Como a radiação ionizante é invisível aos nossos sentidos, sua detecção é feita a partir de alterações produzidas ao interagir com a matéria;
- Existem vários efeitos que são causados pela radiação ionizante que podem ser utilizados na detecção e medida da radiação;
Ionização
Causada diretamente (, ) ou indiretamente (raios X, raios , nêutrons);
Os pares de íons são coletados e a quantidade de pares é relacionada com a quantidade de radiação que gera ionização;
Cintilação
Produção de luz devido ao movimento de um elétron orbital com energia mais elevada;
O elétron é excitado para um orbital com menor energia dentro do material absorvedor; 
A luminosidade produzida pode ser convertida em um sinal elétrico;
O tamanho do sinal está relacionado com a quantidade de radiação que gerou a excitação;
Aquecimento
 
 A radiação ionizante pode aumentar a temperatura do meio que a absorve;
 A leitura de temperatura fornece uma avaliação da dose de radiação;
 Pouco usada em proteção radiológica;
Termoluminescência
Os elétrons do material absorvem energia e são presos em níveis de energia mais elevados;
Quando ocorre aquecimento, os elétrons absorvem energia, liberando-os e emitindo luz;
A quantidade de luz emitida está relacionada com a quantidade de radiação incidente;
Mecanismos químicos
A radiação ionizante pode causar alterações químicas, tal como nos filmes radiográficos;
A radiação ionizante aumenta a taxa em que a reação química ocorre e permite medidas de altas doses durante a irradiação de equipamentos médicos;
Mecanismos biológicos
 
As altas doses de radiação podem causar alterações biológicas em células vivas;
Estas alterações são utilizadas apenas para estimativa da dose em circunstâncias extremas;
TIPOS DE DETECTORES
Escolha:
Depende da radiação (, , , X, prótons, nêutrons);
Depende da informação desejada (intensidade, energia);
Detector Gasoso
Câmara cheia de gás (ar) e dois eletrodos;
O ânodo está no centro da câmara eletricamente isolado da carcaça externa (cátodo);
A radiação incidente interage com as paredes da câmara ou com as partículas do gás e produz pares de íons;
A tensão aplicada entre os eletrodos, atrai os íons positivos para o cátodo (negativo) e os elétrons para o ânodo (positivo);
Ocorre variação na tensão do circuito devido a presença de carga no ânodo, gerando uma corrente elétrica no circuito externo;
O surgimento da corrente indica a presença de radiação ionizante;
A intensidade da corrente depende do número de elétrons coletados pelo ânodo (função da tensão aplicada entre o cátodo e o ânodo);
O número de elétrons coletados pelo ânodo depende da quantidade de radiação ionizante e da energia que entram na câmara;
Regiões de Operação do Detector Gasoso
I – Região inicial não-proporcional
Os pares de íons formados se recombinam devido à baixa diferença de potencial;
II – Região de saturação de íons (Câmara de ionização)
Quando a tensão é suficiente quase todos os íons que se formam são coletados;
A corrente obtida ( 10-12 A) é amplificada e mantida constante para efeitos de medida;
O aumento de corrente depende da quantidade de radiação;
A tensão na fonte deve ser suficiente para manter a corrente de saturação;
Quando usada para medir as radiações  e , a câmara deve possuir janelas finas;
Para distinguir entre  e , basta colocar uma placa de metal que deslize sobre a janela (a radiação beta é absorvida);
III – Região proporcional (Detector proporcional)
A corrente volta a aumentar. Os elétrons acelerados têm energia suficiente para criar novos pares de íons, ocorrendo uma multiplicação, que é proporcional ao número de pares de íons gerados pela radiação primária;
 Cada elétron produzido na ionização original pode gerar 104 elétrons adicionais;
Um pequeno aumento de tensão gera grande variação de corrente (fonte estável) e isso pode ser atribuído a radiação incidente;
Se for exposto tanto à radiação  como  de mesma energia, a radiação  irá produzir mais pares de íons para a mesma trajetória, resultando em maior corrente;
IV – Região de proporcionalidade limitada
A multiplicação de íons passa a ser não linear;
V- Região Geiger Müller (Detector Geiger Müller)
Usa gás (90% argônio e 10% metano);
Aumentando ainda mais a tensão, a multiplicação ocorrida no gás se torna tão intensa que apenas uma partícula ionizante é capaz de produzir uma avalanche ao longo do ânodo, resultando num valor alto de corrente, mesmo que a energia seja baixa;
 Logo não é possível distinguir entre as radiações  e .;
Têm a vantagem de o sinal de saída ser da ordem de alguns volts, não necessitando, portanto, amplificação;
VI – Região de descarga contínua
Para tensões mais elevadas, ocorre a ionização das moléculas do gás diretamente, produzindo grandes correntes (centelhas), mesmo sem a presença de radiação, de modo que não é possível operá-los nessa região;
Câmara de Ionização
As câmaras de ionização são utilizadas para detecção de radiação α, β e fótons. Este equipamento é muito utilizado na prática de radioproteção principalmente para detecção de radiação secundária. 
Detector Proporcional
Os detectores proporcionais apresentam uma vantagem em relação as Câmaras de Ionização, pois existe um fator amplificador do sinal gerado no volume sensível gasoso. Estes detectores podem detectar altas taxas de contagens e discriminar partícula α na presença de β. Normalmente os detectores proporcionais são utilizados na monitoração de contaminação. 
Detector Geiger-Muller (GM)
São versáteis na detecção de diferentes tipos de radiação, mas não permitem a discriminação do tipo de radiação e nem da energia, o que torna sua aplicação bastante limitada. Geralmente os GM são utilizados para detecção de radiação β e γ. 
DETECTORES TERMOLUMINESCENTES
Os cristais termoluminescentes armazenam energia nas camadas eletrônicas dos átomos. Com o aquecimento a energia é liberada na forma de luz visível e UV;
 A quantidade de luz emitida é proporcional à exposição à radiação;
 Podem ser fluorescentes, se a emissão de luz ocorre num tempo menor que 10-6 s após a irradiação, ou fosforescentes para intervalos maiores do que 10-6 s;
Se a fosforescência é acelerada pelo aquecimento do cristal, este será chamado fósforo termoluminescente, devido ao fenômeno da termoluminescência (TL);
Os TL mais usados em dosimetria pessoal são : LiF, CaF2, CaSO4 e Li2B4O7 , BeO e Al2O3 ;
Quando expostos à radiação ionizante, acumulam a energia transferida da radiação por períodos relativamente longos (meses);
Vantagens:
 Disponíveis em diversas forma sólidas: discos, cilindros, fitas, pó, etc;
A leitura de dose é praticamente independente da taxa de dose;
Podem ser reutilizados;
Emissão de Luz na Termoluminescência
TLD
Detectores Cintiladores
Transformar toda energia cinética da radiação incidente ou dos produtos da interação em luz detectável; 
A luz produzida seja proporcional à energia depositada; 
Seja transparenteao comprimento de onda da luz visível que produz; 
Tenha boa qualidade ótica, com índice de refração próximo ao do vidro (aprox. 1,5); 
Seja disponível em peças suficientemente grandes para servir para construção de detectores; e 
Seja facilmente moldável e/ou usinável para construir geometrias adequadas de detectores. 
Detectores Cintiladores
O mecanismo de cintilação em materiais inorgânicos depende dos estados de energia definidos pela rede cristalina do material. Dentro dos materiais isolantes ou semicondutores, os elétrons têm disponíveis para ocupar somente algumas bandas discretas de energia. A banda de valência representa os elétrons que estão essencialmente ligados aos sítios da rede cristalina, enquanto que a banda de condução representa os elétrons que têm energia suficiente para migrar livremente através do cristal. Existe uma banda de energia intermediária, denominada banda proibida, onde os elétrons não deveriam ser encontrados. Quando determinadas substâncias são introduzidas no cristal (ainda que em quantidades muito pequenas) são criados sítios especiais na rede cristalina dentro da chamada banda proibida, como mostra a Figura . 
Detectores Cintiladores
Os elétrons da banda de valência ao receberem energia suficiente da radiação, ocupam os níveis de energia criados pela presença do ativador. Ao se desexcitarem e retornarem aos níveis de valência, os elétrons emitem a energia referente à diferença dos níveis, na forma de fótons, que são então propagados pela estrutura cristalina.
Válvula Fotomultiplicadora
Um dispositivo fundamental para a utilização dos detectores à cintilação é a fotomultiplicadora, que transforma os sinais luminosos produzidos pela radiação, usualmente muito fracos, em sinais elétricos com intensidade conveniente para serem processados em um sistema de contagem ou de espectroscopia.
Detectores Cintiladores
Vantagens
As principais vantagens dos cintiladores baseiam-se na sua capacidade de registrar e indicar a energia da radiação incidente. Os cintiladores são muito sensíveis a variação de tensão aplicada a fotomultiplicadora e, portanto devem ser utilizados com equipamentos eletrônicos mais estáveis possíveis.
 Os cintiladores podem ser do tipo sólido ou líquido:
 -Sólidos: Utilizados em medidas de radiação γ por cristais cintiladores do tipo NaI(Tl), LiI(Eu), etc.. 
- Líquidos: Utilizados em medidas de radiação γ de baixa energia e de partículas β através de um veículo como o Tolueno.
Filmes dosimétricos
Consistem em dois filmes fotográficos dentro de um chassi envolvido por um plástico;
Sua utilização hoje, se baseia na observação feita por Becquerel, verificando que a radiação escurecia um filme exposto à ela;
A leitura da exposição é feita por comparação de densidades com um filme dosimétrico modelo, uma vez que a densidade do filme exposto é modificada pela radiação recebida;
Vantagens:
 Fornece a leitura permanente de exposição;
 A queda do filme não afeta a leitura da exposição;
Alguns filmes são embalados em saquinhos de alumínio, oferecendo proteção em ambientes úmidos;
Desvantagem:
 
Não permite leitura direta de modo que não é possível saber a exposição recebida em determinado momento, somente após seu processamento e leitura, o que demora alguns dias;
Filme Dosimétrico